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流體力學中常用的無量綱數匯總

在科研中,無量綱數對於理論求解,實驗研究和數值計算都有指導意義。這裡整理瞭常用的無量綱數。1. 雷諾數 Reynolds numberRe = frac{uL}{nu}

在科研中,無量綱數對於理論求解,實驗研究和數值計算都有指導意義。這裡整理瞭常用的無量綱數。

1. 雷諾數 Reynolds number

Re = frac{uL}{nu}

其中L是特征長度,其選取要依據具體研究問題而言,也取決於科研人員的主觀選擇。 nu 是運動粘度。雷諾數反應瞭慣性力和粘性力的比,是判斷流場處於湍流還是層流的的一個值。

2. 努塞爾數 Nusselt number

Nu=frac{hL}{lambda}

其中L是特征長度,h是對流換熱系數, lambda 是導熱率。Nu是對流傳熱與導熱的比。在傳熱實驗和CFD計算中,Nu數是反映對流換熱能力的一個重要無量綱數。

3. 普朗特數 Prandtl number

Pr=frac{nu}{alpha}=frac{C_pmu}{lambda}

其中 alpha 是熱擴散率。Pr數是動量擴散率與熱擴散率的比值。

4. 湍流普朗特數 Turbulent Prandtl number

Pr_t=frac{nu_t}{alpha_t}

簡單的說就是湍流所貢獻的動量擴散率和熱擴散率的比值。

5. 佩克萊數 Peclet Number

Pe = frac{uL}{alpha}

表示對流與擴散的比。對於傳熱問題, alpha 是熱擴散率。

6. 斯坦頓數 Stanton

St=frac{h}{rho u C_p}=frac{Nu}{Recdot Pr}

表示傳遞到流體的熱量與流體熱容量的比。

7. 馬赫數 Mach number

運動速度與當地聲速的比值。

8. 畢渥數 Biot number

Bi = frac{h_f L_s}{lambda_s}

當固體內部的導熱與外部的對流傳熱相耦合時,表示內部熱阻與外部對流傳熱熱阻的比值。

9. 格拉曉夫數 Grashof number

Gr=frac{gbeta Delta T L^3}{nu^2}

為浮升力與粘性力的比值。在自然對流研究中非常關鍵。

10. 瑞利數 Rayleigh number

Ra= Grcdot Pr

自然對流與熱擴散,動量擴散的比。

11. 傅立葉數 Fourier number

Fo = frac{alpha t}{L^2}

在傳熱領域,表示非穩態傳熱速率與熱存儲速率的比值。

12. 施密特數 Schmidt number

Sc=frac{nu}{D}

其中D為質量擴散率。表示動量擴散率與質量擴散率的比值。

13. 舍伍德數 Sherwood number

Sh = frac{h'L}{D}

其中h'為傳質系數。表示對流傳質與擴散傳質的比值。

14. 韋伯數 Weber number

We=frac{rho u^2 L}{sigma}

慣性力與表面張力之比,在氣泡動力學裡使用非常多。 sigma 為表面張力系數。

15. 庫朗數 Courant number

Cr = frac{uDelta t}{Delta X}

在計算流體力學中常用的數。無論是歐拉體系還是粒子法的拉格朗日體系,都要考慮最大速度與網格間距或粒子間距,以及時間步長的關系。

16. 斯特勞哈爾數 Strouhal number

St = frac{fL}{u}

非定常流動中常用的數,表示流動周期性。f為漩渦發生頻率。

17. 弗勞德數 Froude number

Fr=frac{u}{sqrt{gL}}

這裡u是特征速度,g是外力場。為慣性力與外力的比值。

18. 克努森數 Knudsen number

Kn=frac{lambda}{L}

這裡 lambda 是分子的平均自由程。當Kn小於0.01時,流體可認為是連續介質。

19. 邦德數 Bond number

Bd=frac{rho g r^2}{sigma}

其中g是微重力加速度,r是液滴半徑。Bd是航天領域會用到的一個無量綱數。

20. 理查森數 Richardson number

Ri = frac{g nabla rho}{rho (nabla u)^2}

表示浮升力項與流剪切項的比。當密度差較小時,用reduced gravity g' 替代 g ,具體參考Boussinesq假設。

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先寫這麼多,歡迎大傢留言補充和指正。

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